Vrste digitalnih objekata

Četiri načina da se opiše isto tijelo

Postolje robota može se zapisati kao skup trokuta koji omeđuju njegovu vanjsku plohu, kao skup matematički opisanih ploha, kao oblak izmjerenih točaka ili kao prostor podijeljen na sitne kocke od kojih su neke ispunjene. Sva četiri zapisa opisuju isti predmet, ali ne nose iste podatke i ne služe istoj svrsi.

Razlika je u tome što zapis opisuje. Rubni i površinski zapis opisuju samo granicu između tijela i okoline — unutrašnjost je prazna i o njoj se ništa ne zna. Volumni zapis opisuje i unutrašnjost, pa može reći što je unutar tijela i koliko ga ima. Oblak točaka ne opisuje ni jedno ni drugo: on je samo popis izmjerenih mjesta, bez ikakve veze među njima.

Rubni i površinski zapis

Rubni zapis (boundary representation) opisuje tijelo popisom ploha, bridova i vrhova koji ga omeđuju, zajedno s podatkom o tome što je unutra, a što van. To je zapis konstrukcijskih programa i on je točan: valjak je opisan osi, polumjerom i visinom, a ne nizom tetiva. Iz takvog se zapisa mogu izračunati obujam, masa i težište, i on je jedini prikladan za izradu dijela.

Poligonalna mreža je pojednostavljeni rubni zapis u kojem su sve plohe ravne. Gubi se točnost, ali dobiva brzina: grafički sklop takav zapis iscrtava izravno. Sve što se u hologramskom prikazu vidi u konačnici je mreža, bez obzira na to iz čega je nastala.

Između njih stoje zakrivljene plohe opisane kontrolnim točkama, poznate kao NURBS. One opisuju glatke oblike vrlo malim brojem podataka i lako se mijenjaju, ali se prije prikaza ionako moraju tesselirati. U projektu HT-1 takav zapis nosi zaobljena kućišta ruke robota, a u mrežu se pretvara tek pri izvozu.

Za hologramski prikaz odnos je jednostavan: točan zapis je izvor, mreža je isporuka. Točan zapis ostaje u konstrukcijskom programu i služi za izmjene, a mreža se iznova izvodi iz njega kad god se nešto promijeni. Suprotan smjer nije moguć: iz mreže se rubni zapis ne može pouzdano obnoviti.

Oblak točaka i snimanje prostora

Oblak točaka nastaje mjerenjem. Laserski skener ili fotogrametrija daju stotine tisuća do više milijuna točaka, svaka sa svojim koordinatama i najčešće s bojom. Točke nisu povezane u plohe, pa oblak nije mreža: on je snimka, a ne model.

U hologramskim projektima oblak točaka javlja se na dva mjesta. Prvo, kad se hologram mora uklopiti u postojeći prostor koji nema nacrt. U projektu HT-1 pod radionice snimljen je prije postavljanja ćelije jer stari temelji nisu bili ucrtani ni u jedan crtež. Drugo, same naočale neprekidno rade nešto slično: njihovi senzori dubine daju oblak točaka iz kojega se gradi prostorna karta.

Da bi se oblak upotrijebio kao model, mora se obraditi. Točke se prorjeđuju, uklanjaju se izletnice nastale odsjajima, a zatim se preko njih razapinje mreža. Postupak nikad ne daje urednu topologiju: rezultat je gusta trokutasta mreža s rupama ondje gdje skener nije vidio. Takva mreža služi kao podloga za mjerenje i za zaklanjanje, ali se rijetko prikazuje.

Voksel i volumni zapis

Voksel (volume element) je prostorni parnjak piksela: kocka zadane stranice koja nosi jednu vrijednost. Prostor se podijeli na pravilnu rešetku kocaka, a svaka kocka dobije podatak — je li ispunjena, koje je gustoće, koje je boje. Tijelo tako nije opisano svojom plohom nego skupom ispunjenih kocaka.

Volumni zapis ima svojstvo koje mreža nema: on zna što je unutra. Presjek kroz tijelo dobiva se izravno, bez računanja, jer su unutarnji voksele jednako zapisani kao vanjski. Zbog toga se volumni zapis koristi u medicinskoj obradi snimaka, u simulaciji tečenja i, za nas najvažnije, u volumetrijskim prikazima koji sliku doista tvore u prostoru, a ne na plohi zaslona.

Cijena je u količini podataka. Broj voksela raste s trećom potencijom finoće: prepolovljenje stranice voksela daje osam puta više kocaka. Prostor jedne ćelije 6,0 × 4,0 × 2,5 m, dakle 60 m³, pri stranici od 8 mm ima oko 117 milijuna voksela. Pri stranici od 4 mm ima ih oko 940 milijuna.

U praksi se zato ne sprema cijela rešetka nego samo ispunjeni dio, u takozvanom rijetkom zapisu. Kod tijela je ispunjen mali postotak prostora, najčešće samo sloj uz plohu, pa se zapis smanji desetke puta. Isti postupak koriste i naočale kad grade prostornu kartu radionice: pamte se samo kocke kroz koje prolazi neka ploha.

Za projekt HT-1 volumni zapis nije zapis prikaza nego zapis prostora. Ćelija se i dalje prikazuje mrežom, ali se karta radionice vodi vokselima, i upravo se iz nje zna gdje je pod, gdje su zidovi i gdje hologram treba prestati biti vidljiv. Mapiranje 96 m² poda u projektu je trajalo 3 minute i 20 sekundi.

Formati razmjene

Model prelazi iz programa u program datotekom, a format datoteke određuje što će preživjeti prijelaz. Neki formati nose samo geometriju, drugi i materijale, hijerarhiju, animacije i mjernu jedinicu. Odabir krivog formata najčešće se primijeti tek u razvojnom okruženju, kad se model pojavi bijel, razbijen na stotinu dijelova ili u krivoj veličini.

Put u projektu HT-1 ide kroz tri datoteke. Iz konstrukcije izlazi STEP od 86 MB, koji nosi točne plohe i cijeli sklop. Nakon tesselacije, čišćenja i prorjeđivanja nastaje FBX od 14,2 MB s hijerarhijom i materijalima. Na kraju se izvozi glTF od 3,6 MB sa sažetom geometrijom i teksturama, i ta datoteka ide na uređaj.

Svaki prijelaz nešto gubi, pa se broj prijelaza drži na najmanjoj mogućoj mjeri. Lanac s pet formata gotovo uvijek negdje izgubi mjernu jedinicu, imena dijelova ili orijentaciju ploha. Ako se lanac ne može skratiti, na svakom se koraku provjerava isto: gabariti, broj dijelova, broj trokuta i izgled materijala.

Digitalni objekti bez geometrije

Nije svaki digitalni objekt tijelo. U hologramskom okruženju uz modele stoje i objekti koji nemaju oblik, a bitno utječu na prikaz. Najčešći su natpisi i oznake: ime stroja iznad ormara, mjera razmaka između ograde i zida, upozorenje uz vrata. Oni se u sceni ponašaju kao objekti, imaju položaj i moraju se okretati prema promatraču, ali su zapisani kao tekst i stil, a ne kao trokuti.

Slijede animacije: zapis o tome kako se koji dio giba kroz vrijeme. Ruka robota u projektu HT-1 ne prikazuje se nepomično nego prolazi skraćeni ciklus, kako bi tehnolog vidio kroz koji prostor prolazi alat. Animacija je zapisana kao niz položaja zglobova, a ne kao niz modela.

Tu su i izvori svjetla, koji u hologramskom prikazu imaju manju ulogu nego inače jer se većina materijala postavlja kao svjetleća, te sidra i okidači — nevidljiva područja koja pokreću neku radnju kad promatrač u njih uđe. Sve su to objekti scene, i svi zajedno čine ono što se na kraju sprema u aplikaciju.

Koji zapis za koji zadatak

Izbor zapisa nije stvar ukusa nego pitanja koje se postavlja modelu. Ako se pita kolika je masa dijela, treba rubni zapis s podatkom o unutrašnjosti. Ako se pita kako dio izgleda s tri metra, dovoljna je prorijeđena mreža. Ako se pita što je gdje u prostoriji, treba volumni zapis. Jedan model rijetko odgovara na sva tri pitanja.

Zato se u hologramskim projektima gotovo uvijek vodi više inačica istog predmeta. To nije rasipanje nego posljedica različitih pitanja. Važno je samo da postoji jasan izvor iz kojega sve inačice nastaju i da se zna koja je inačica trenutno na uređaju.

Posljednje pitanje često se zaboravi: koliko dugo zapis mora vrijediti. Mreža izvezena za jedan prikaz živi tjedan dana i nitko je poslije ne traži. Izvorni model ćelije živi koliko i sama ćelija, dakle godinama, i mora ostati čitljiv i onda kad program u kojem je nastao dobije novu inačicu. To je razlog zbog kojeg se izvor čuva i u neutralnom formatu, a ne samo u vlastitom zapisu programa.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.